FR3020434A1 - MECHANICAL SYSTEM COMPRISING A HOUSING IN WHICH AT LEAST ONE SHAFT IS ROTATED THROUGH AT LEAST ONE BEARING BEARING - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un système mécanique comprenant un carter (1) dans lequel au moins un arbre (2) est monté en rotation par l'intermédiaire d'au moins un palier à roulement (3) comprenant deux organes respectivement intérieur (4) et extérieur (5), ledit organe extérieur étant solidaire du carter (1) et ledit arbre présentant un embout (7) autour duquel ledit organe intérieur est monté, ledit système comprenant une vis (15) présentant une tige (14) fixée dans un alésage (13) de l'embout (7) et une tête (17) disposée en appui sur l'organe intérieur (4) pour assurer le maintien axial du palier à roulement (3) sur ledit embout, ledit système comprenant un dispositif de détermination d'au moins une information relative à la rotation de l'arbre (2), ledit dispositif comprenant un codeur (21) et un capteur (22), le codeur (21) étant solidarisé à l'arbre (2) par l'intermédiaire de la vis (15) de sorte à se déplacer conjointement à l'arbre (2).The invention relates to a mechanical system comprising a casing (1) in which at least one shaft (2) is rotatably mounted by means of at least one rolling bearing (3) comprising two members respectively inner (4) and outside (5), said outer member being integral with the housing (1) and said shaft having a tip (7) around which said inner member is mounted, said system comprising a screw (15) having a rod (14) fixed in a bore (13) of the nozzle (7) and a head (17) disposed in abutment on the inner member (4) to ensure the axial maintenance of the rolling bearing (3) on said tip, said system comprising a determination device at least one information relating to the rotation of the shaft (2), said device comprising an encoder (21) and a sensor (22), the encoder (21) being secured to the shaft (2) by the intermediate the screw (15) so as to move together with the shaft (2).
Description
L'invention concerne un système mécanique comprenant un carter dans lequel au moins un arbre est monté en rotation par l'intermédiaire d'au moins un palier à roulement comprenant un organe extérieur solidaire du carter et un organe intérieur monté autour de l'arbre, des corps roulants étant disposés entre lesdits organes pour permettre la rotation de l'arbre dans le carter. Dans une application particulière, le système mécanique permet la transmission d'un couple par l'intermédiaire d'un arbre tournant, par exemple en étant une boîte de vitesses de véhicule automobile.The invention relates to a mechanical system comprising a housing in which at least one shaft is rotatably mounted by means of at least one rolling bearing comprising an outer member integral with the housing and an inner member mounted around the shaft, rolling bodies being disposed between said members to allow rotation of the shaft in the housing. In a particular application, the mechanical system allows the transmission of a torque through a rotating shaft, for example by being a motor vehicle gearbox.
Pour monter un arbre dans le carter d'une boîte de vitesses, notamment un arbre primaire couplé au moteur, on peut prévoir de monter l'organe intérieur autour d'un embout de l'arbre et d'utiliser une vis pour assurer le maintien axial du palier à roulement sur ledit embout. En particulier, la vis présente une tige fixée dans un alésage de l'embout et une tête disposée en appui sur l'organe intérieur. Dans ce type de système mécanique, on peut souhaiter connaître en temps réel et avec une fiabilité optimale au moins une information relative à la rotation de l'arbre, par exemple un paramètre de rotation tel que sa position, sa vitesse, son accélération ou son sens de rotation. Pour ce faire, on connaît des dispositifs comprenant un codeur apte à générer un signal représentatif de sa rotation et un capteur apte à déterminer ladite information par lecture du signal généré. Ainsi, en solidarisant en rotation le codeur à l'arbre et en disposant le capteur à distance de lecture du signal généré, on peut déterminer au moins une information relative à la rotation de l'arbre. Toutefois, dans les systèmes mécaniques considérés, le montage du codeur solidairement à l'arbre s'avère problématique, notamment relativement aux contraintes d'encombrement ainsi qu'à la fiabilité dudit montage pour pouvoir déterminer l'information de façon précise, notamment en garantissant une rotation du codeur qui soit concentrique à celle de l'arbre.To mount a shaft in the casing of a gearbox, in particular a primary shaft coupled to the motor, it is possible to mount the inner member around a tip of the shaft and to use a screw to ensure the maintenance axial rolling bearing on said tip. In particular, the screw has a rod fixed in a bore of the nozzle and a head disposed in abutment on the inner member. In this type of mechanical system, it may be desired to know in real time and with optimum reliability at least one information relating to the rotation of the shaft, for example a rotation parameter such as its position, speed, acceleration or sense of rotation. To do this, devices are known comprising an encoder capable of generating a signal representative of its rotation and a sensor adapted to determine said information by reading the generated signal. Thus, by solidarisant in rotation the encoder to the shaft and arranging the remote sensor for reading the generated signal, at least one information relating to the rotation of the shaft can be determined. However, in the mechanical systems considered, the mounting of the encoder integrally with the shaft proves problematic, especially with regard to the constraints of space and the reliability of said assembly to be able to determine the information accurately, in particular by ensuring a rotation of the encoder which is concentric with that of the shaft.
L'invention vise à résoudre les problèmes de l'art antérieur en proposant notamment un système mécanique dans lequel un codeur est intégré de façon peu contraignante pour son environnement tout en garantissant de façon optimale la rotation du codeur solidairement et concentriquement à l'arbre afin de pouvoir déterminer de façon précise une information relative à la rotation dudit arbre. A cet effet, l'invention propose un système mécanique comprenant un carter dans lequel au moins un arbre est monté en rotation par l'intermédiaire d'au moins un palier à roulement comprenant deux organes respectivement intérieur et extérieur entre lesquels des corps roulants sont disposés pour permettre la rotation relative desdits organes, ledit organe extérieur étant solidaire du carter et ledit arbre présentant un embout autour duquel ledit organe intérieur est monté, ledit système comprenant une vis présentant une tige fixée dans un alésage de l'embout et une tête disposée en appui sur l'organe intérieur pour assurer le maintien axial du palier à roulement sur ledit embout, ledit système comprenant un dispositif de détermination d'au moins une information relative à la rotation de l'arbre, ledit dispositif comprenant un codeur apte à générer un signal représentatif de sa rotation et un capteur apte à déterminer ladite information par lecture du signal généré, le codeur étant solidarisé à l'arbre par l'intermédiaire de la vis de sorte à se déplacer conjointement à l'arbre. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront dans la description qui suit, faite en référence aux figures jointes, dans lesquelles : - les figures la et lb sont des représentations schématiques partielles d'un système mécanique selon respectivement une variante d'un premier mode de réalisation de l'invention ; - les figures 2a et 2b sont des représentations schématiques partielles d'un système mécanique selon respectivement une variante d'un deuxième mode de réalisation de l'invention. En relation avec ces figures, on décrit un système mécanique comprenant un carter 1 dans lequel au moins un arbre 2 est monté en rotation par l'intermédiaire d'au moins un palier à roulement 3. Dans une application particulière, le système permet la transmission d'un couple par l'intermédiaire d'un arbre tournant 2, par exemple en étant une boîte de vitesses de véhicule automobile dans le carter 1 de laquelle un arbre primaire 2 est monté en rotation.The invention aims to solve the problems of the prior art by proposing in particular a mechanical system in which an encoder is integrated in a way that is not very restrictive for its environment while optimally guaranteeing the rotation of the encoder jointly and concentrically with the shaft in order to to be able to accurately determine information relating to the rotation of said shaft. For this purpose, the invention proposes a mechanical system comprising a housing in which at least one shaft is rotatably mounted by means of at least one rolling bearing comprising two members respectively inner and outer between which rolling bodies are arranged to allow the relative rotation of said members, said outer member being integral with the housing and said shaft having a tip around which said inner member is mounted, said system comprising a screw having a rod fixed in a bore of the end piece and a head disposed in bearing on the inner member to ensure the axial retention of the rolling bearing on said tip, said system comprising a device for determining at least one information relating to the rotation of the shaft, said device comprising an encoder capable of generating a signal representative of its rotation and a sensor adapted to determine said information by reading the signal generated, the encoder being secured to the shaft via the screw so as to move together with the shaft. Other features and advantages of the invention will appear in the description which follows, made with reference to the appended figures, in which: FIGS. 1a and 1b are partial schematic representations of a mechanical system respectively according to a variant of a first embodiment of the invention; FIGS. 2a and 2b are partial schematic representations of a mechanical system respectively according to a variant of a second embodiment of the invention. In connection with these figures, there is described a mechanical system comprising a housing 1 in which at least one shaft 2 is rotatably mounted by means of at least one rolling bearing 3. In a particular application, the system allows the transmission a torque through a rotating shaft 2, for example by being a motor vehicle gearbox in the casing 1 of which a primary shaft 2 is rotatably mounted.
Le palier à roulement 3 comprend deux organes respectivement intérieur 4 et extérieur 5 entre lesquels des corps roulants 6 sont disposés pour permettre la rotation relative desdits organes autour d'un axe A. Dans la description, les termes « extérieur » et « intérieur » sont définis par rapport à l'axe A de rotation du palier, respectivement pour une localisation éloignée et proche dudit axe. Dans les modes de réalisation représentés, le palier à roulement 3 est de type conique dans lequel des rouleaux coniques 6 sont utilisés en relation avec des pistes de roulement tronconiques équipant un organe extérieur 5 appelé cuvette et un organe intérieur 4 appelé cône. Toutefois, l'invention n'est pas limitée à une structure de palier à roulement 3 particulière. Pour assurer le guidage en rotation de l'arbre 2 dans le carter 1, l'organe extérieur 5 est solidaire du carter 1 et l'arbre 2 présente un embout 7 autour duquel l'organe intérieur 4 est monté. Plus précisément, le carter 1 présente un logement 8 dans lequel la paroi périphérique de l'organe extérieur 5 est emmanchée, ledit logement présentant un rebord 9 sur lequel ledit organe est en butée axiale du côté externe. Dans la description, les termes « externe » et « interne » sont définis respectivement pour une localisation vers le bas et vers le haut sur les figures.The rolling bearing 3 comprises two members respectively inner 4 and outer 5 between which rolling bodies 6 are arranged to allow the relative rotation of said members about an axis A. In the description, the terms "outside" and "inside" are defined relative to the axis A rotation of the bearing, respectively for a remote location and close to said axis. In the embodiments shown, the rolling bearing 3 is of conical type in which conical rollers 6 are used in connection with frustoconical rolling tracks equipping an outer member 5 called bowl and an inner member 4 called cone. However, the invention is not limited to a particular rolling bearing structure 3. To ensure the rotational guidance of the shaft 2 in the housing 1, the outer member 5 is integral with the housing 1 and the shaft 2 has a nozzle 7 around which the inner member 4 is mounted. More specifically, the housing 1 has a housing 8 in which the peripheral wall of the outer member 5 is fitted, said housing having a flange 9 on which said member is in axial abutment on the outer side. In the description, the terms "external" and "internal" are defined respectively for a downward and upward location in the figures.
L'embout 7 présente une portée périphérique 10 autour de laquelle l'organe intérieur 4 est monté, ladite portée présentant un rebord 11 sur lequel une portée complémentaire 12 dudit organe intérieur est en butée axiale du côté interne. En particulier, la périphérie intérieure de l'organe 4 peut être emmanchée sur la portée 10, le rebord 11 définissant la fin de course dudit emmanchement. L'embout 7 présente un alésage 13 s'étendant notamment à l'intérieur de la portée périphérique 10, dans lequel la tige 14 d'une vis 15 est fixée, par exemple par coopération de filetages 16 formés respectivement autour de ladite tige et dans ledit alésage. Pour assurer le maintien axial du palier 3 autour de l'embout 7, la vis 15 présente une tête 17 disposée en appui sur l'organe intérieur 4, notamment à l'opposé du rebord 11. Ainsi l'organe intérieur 4 est disposé axialement entre le rebord 11 et la tête 17, le serrage de la vis 15 assurant le maintien axial dudit organe et donc du palier 3 sur l'embout 7.The tip 7 has a peripheral surface 10 around which the inner member 4 is mounted, said bearing having a flange 11 on which a complementary surface 12 of said inner member is in axial abutment on the inner side. In particular, the inner periphery of the member 4 can be fitted on the bearing surface 10, the flange 11 defining the end of said fitting stroke. The tip 7 has a bore 13 extending in particular inside the peripheral surface 10, in which the rod 14 of a screw 15 is fixed, for example by cooperation of threads 16 formed respectively around said rod and in said bore. To ensure the axial retention of the bearing 3 around the nozzle 7, the screw 15 has a head 17 disposed in abutment on the inner member 4, in particular opposite the flange 11. Thus the inner member 4 is axially disposed between the flange 11 and the head 17, the tightening of the screw 15 ensuring the axial retention of said member and therefore of the bearing 3 on the endpiece 7.
Dans les modes de réalisation représentés, la tête 17 présente une collerette 18 s'étendant radialement vers l'extérieur autour de l'alésage 13, une portée interne 19 de ladite collerette étant disposée en appui sur une portée complémentaire 20 de l'organe intérieur 4. En particulier, la portée complémentaire 20 est disposée axialement en saillie par rapport à l'ouverture de l'alésage 13 pour que l'embout 7 soit en regard de la portée interne 19 en formant un jeu axial permettant le serrage. Le système mécanique comprend un dispositif de détermination d'au moins une information relative à la rotation de l'arbre 2, par exemple un paramètre de rotation tel que sa position, sa vitesse, son accélération ou son sens de rotation. En particulier, cette information peut être utilisée par une unité de gestion du système mécanique, notamment relativement à la gestion de l'embrayage dans une boîte de vitesses robotisée.In the embodiments shown, the head 17 has a flange 18 extending radially outwardly around the bore 13, an internal bearing surface 19 of said flange being disposed in abutment on a complementary bearing surface 20 of the inner member. 4. In particular, the complementary surface 20 is disposed axially projecting relative to the opening of the bore 13 so that the tip 7 is facing the inner bearing 19 forming an axial play for clamping. The mechanical system comprises a device for determining at least one information relating to the rotation of the shaft 2, for example a rotation parameter such as its position, its speed, its acceleration or its direction of rotation. In particular, this information can be used by a mechanical system management unit, in particular with respect to the management of the clutch in a robotized gearbox.
Le dispositif de détermination comprend un codeur 21 apte à générer un signal représentatif de sa rotation et un capteur 22 apte à déterminer l'information par lecture du signal généré. En particulier, le codeur 21 peut présenter une piste annulaire de génération du signal.The determination device comprises an encoder 21 able to generate a signal representative of its rotation and a sensor 22 able to determine the information by reading the generated signal. In particular, the encoder 21 may have an annular signal generation track.
Selon une réalisation, le codeur 21 est apte à émettre un champ magnétique périodique, par exemple en comprenant une succession alternée de pôles magnétiques Nord et Sud qui sont disposés pour délivrer un signal magnétique pseudo sinusoïdal. A titre d'exemple, le codeur 21 peut être réalisé en matériau polymère chargé en particules magnétiques, notamment en copolymère butadiène nitrile-acrylique (NBR), éventuellement renforcé mécaniquement par des charges telles que du noir de carbone, les particules magnétiques pouvant être à base de ferrite.According to one embodiment, the encoder 21 is able to emit a periodic magnetic field, for example by including an alternating succession of magnetic poles North and South which are arranged to deliver a pseudo-sinusoidal magnetic signal. By way of example, the encoder 21 may be made of a polymer material loaded with magnetic particles, in particular butadiene nitrile-acrylic copolymer (NBR), optionally mechanically reinforced with fillers such as carbon black, the magnetic particles being able to ferrite base.
En relation avec un tel codeur 21, le document WO-2006/064169 décrit un capteur 22 agencé pour délivrer deux signaux respectivement SIN et COS en quadrature et de même amplitude qui sont chacun représentatifs du champ magnétique, lesdits signaux pouvant être utilisés pour déterminer l'information de rotation du codeur 21. En particulier, le capteur 22 peut comprendre au moins un élément sensible, notamment choisi parmi les sondes magnétosensibles, par exemple à effet Hall et/ou les sondes à base de magnétorésistances à effet tunnel (TM R), de magnétorésistances anisotropes (AMR), de magnétorésistances géantes (GMR).In relation with such an encoder 21, the document WO-2006/064169 describes a sensor 22 arranged to deliver two signals SIN and COS respectively in quadrature and of the same amplitude which are each representative of the magnetic field, said signals being able to be used to determine the information of rotation of the encoder 21. In particular, the sensor 22 may comprise at least one sensitive element, in particular chosen from magnetosensitive probes, for example Hall effect probes and / or probes based on tunneling magnetoresistors (TM R). , anisotropic magnetoresistance (AMR), giant magnetoresistance (GMR).
Le codeur 21 est solidarisé à l'arbre 2 par l'intermédiaire de la vis 15 de sorte à se déplacer conjointement à l'arbre 2 en regard d'une paroi 23 du carter 1. Ainsi, en prévoyant que la vis 15 serve au montage du codeur 21, on limite les contraintes d'intégration dudit codeur à l'intérieur du carter 1, ladite vis garantissant également la fiabilité dudit montage et donc la précision dans la détermination de l'information relative à la rotation de l'arbre 2. En outre, les contraintes d'intégration peuvent être limitées en prévoyant que le capteur 22 soit disposé à l'extérieur du carter 1 en étant à distance de lecture du signal généré par le codeur 21 au travers de la paroi 23. En variante, on peut prévoir que le capteur 22 soit disposé à l'intérieur du carter 1, avec les éléments sensibles en regard d'une paroi 23 ou directement disposés dans ledit carter en regard du codeur 21.The encoder 21 is secured to the shaft 2 via the screw 15 so as to move together with the shaft 2 facing a wall 23 of the casing 1. Thus, by providing that the screw 15 serves the mounting of the encoder 21, the integration constraints of said encoder are limited inside the casing 1, said screw also guaranteeing the reliability of said assembly and therefore the accuracy in the determination of the information relating to the rotation of the shaft 2 In addition, the integration constraints can be limited by providing that the sensor 22 is disposed outside the casing 1 while being at a reading distance from the signal generated by the encoder 21 through the wall 23. In a variant, it is possible for the sensor 22 to be disposed inside the housing 1, with the sensitive elements facing a wall 23 or directly arranged in said housing opposite the encoder 21.
Selon les modes de réalisation représentés, le carter 1 présente un corps structurel, par exemple réalisé en matériau métallique, ledit corps présentant une ouverture dans laquelle la vis 15 est disposée, ladite ouverture étant équipée d'un capot 24 sur lequel le capteur 22 est monté.According to the embodiments shown, the housing 1 has a structural body, for example made of metal material, said body having an opening in which the screw 15 is disposed, said opening being equipped with a cover 24 on which the sensor 22 is mounted.
La paroi 23 est formée dans le capot 24 en pouvant notamment être conformée pour pouvoir disposer les éléments sensibles du capteur 22 au plus près du codeur 21 afin de limiter la distance de lecture du signal généré. De façon avantageuse, le capot 24 est réalisé en matériau plastique, notamment pour être à base d'un matériau non magnétique afin de ne pas perturber le signal délivré par un codeur 21 magnétique. Dans les modes de réalisation représentés, la concentricité de la rotation du codeur 21 par rapport à celle de l'arbre 2 est fiabilisée en prévoyant, en plus du maintien dudit codeur par fixation de la vis 15 sur l'embout 7, des moyens de centrage dudit codeur par rapport à l'arbre 2. En relation avec les figures 1, la vis 15 présente une portée périphérique 15a qui est centrée dans une portée complémentaire 25 de l'embout 7. Plus précisément, la tête 17 présente une base annulaire autour de laquelle la portée périphérique 15a est formée, la portée complémentaire 25 de l'embout 7 étant formée dans l'ouverture de l'alésage 13.The wall 23 is formed in the cover 24, in particular being able to be shaped in order to be able to arrange the sensitive elements of the sensor 22 as close as possible to the encoder 21 in order to limit the reading distance of the generated signal. Advantageously, the cover 24 is made of plastic material, in particular to be based on a non-magnetic material so as not to disturb the signal delivered by a magnetic encoder 21. In the embodiments shown, the concentricity of the rotation of the encoder 21 relative to that of the shaft 2 is made reliable by providing, in addition to maintaining said encoder by fixing the screw 15 on the endpiece 7, means of centering said encoder relative to the shaft 2. In relation to FIGS. 1, the screw 15 has a peripheral surface 15a which is centered in a complementary surface 25 of the endpiece 7. More specifically, the head 17 has an annular base around which the peripheral surface 15a is formed, the complementary surface 25 of the end piece 7 being formed in the opening of the bore 13.
Sur la figure 1 a, le codeur 21 est fixé sur une paroi externe 26 de la tête 17, notamment en étant surmoulé ou collé sur ladite paroi. Sur les autres figures, le codeur 21 est équipé d'une armature 27 de montage, par exemple réalisée en tôle métallique, le codeur 21 étant fixé, notamment par surmoulage ou par collage, sur une paroi externe 28 de ladite armature. Dans tous ces modes de réalisations, les parois externes 26, 28 s'étendent radialement pour permettre une lecture faciale du signal généré par le codeur 21. L'armature 27 présente au moins une portée 29 de centrage du codeur 21 par rapport à au moins un parmi la vis 15, l'embout 7 et l'organe intérieur 4. En relation avec la figure lb, l'armature 27 présente une couronne 30 disposée sur la paroi externe 26 de la tête 17, ladite couronne présentant un repli annulaire extérieur 31 qui est centré autour de ladite paroi externe.In Figure 1a, the encoder 21 is fixed on an outer wall 26 of the head 17, in particular by being overmolded or glued to said wall. In the other figures, the encoder 21 is equipped with a mounting frame 27, for example made of sheet metal, the encoder 21 being fixed, in particular by overmoulding or gluing, on an outer wall 28 of said armature. In all these embodiments, the outer walls 26, 28 extend radially to allow a facial reading of the signal generated by the encoder 21. The armature 27 has at least one centering bearing surface 29 of the encoder 21 with respect to at least one of the screw 15, the tip 7 and the inner member 4. In connection with Figure lb, the armature 27 has a ring 30 disposed on the outer wall 26 of the head 17, said ring having an outer annular fold 31 which is centered around said outer wall.
Les figures 2 représentent un autre mode de réalisation dans lequel la portée 29 de centrage est fixée sur une portée complémentaire 32 de l'organe intérieur 4, l'armature 27 présentant également une portée 33 de maintien qui est interposée en appui axial entre la tête 17 et l'organe intérieur 4 afin que la vis 15 assure sa fonction de maintien. Plus précisément, l'armature 27 comprend une couronne radiale 34 sur laquelle le codeur 21 est fixé. La couronne 34 est bordée intérieurement par une paroi axiale 35 qui s'étend autour de la collerette 18, ladite paroi axiale étant prolongée intérieurement par une paroi radiale 36 qui est interposée entre la portée interne 19 de la collerette 18 et la portée complémentaire 20 de l'organe intérieur 4. Sur la figure 2a, la paroi axiale 35 est équipée d'un repli 37 présentant une portée intérieure 29 de centrage qui est emmanchée sur une portée extérieure 38 de l'organe intérieur 4. Sur la figure 2b, la paroi radiale 36 est prolongée intérieurement par une paroi axiale 39 présentant une portée extérieure 29 de centrage qui est emmanchée sur une portée intérieure 40 de l'organe intérieur 4.2 show another embodiment in which the centering bearing surface 29 is fixed on a complementary surface 32 of the inner member 4, the armature 27 also having a bearing surface 33 which is interposed in axial support between the head 17 and the inner member 4 so that the screw 15 performs its maintenance function. More specifically, the armature 27 comprises a radial ring 34 on which the encoder 21 is fixed. The ring 34 is lined internally by an axial wall 35 which extends around the collar 18, said axial wall being extended internally by a radial wall 36 which is interposed between the internal bearing 19 of the collar 18 and the complementary bearing surface 20 of the inner member 4. In Figure 2a, the axial wall 35 is equipped with a fold 37 having an inner bearing surface 29 which is fitted on an outer surface 38 of the inner member 4. In Figure 2b, the radial wall 36 is extended internally by an axial wall 39 having an outer bearing surface 29 of centering which is fitted on an inner bearing surface 40 of the inner member 4.
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